#filesystem

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👥 作者: Dimitra Giantsidi, Antoine Delignat-Lavaud, Cédric Fournet, Jinnan Guo, Heidi Howard, Tianjiao Huang, Kapil Vaswani, Stavros Volos

本文针对机密计算(Confidential Computing)场景下持久化存储的安全问题展开研究。虽然可信执行环境(TEE)能够保护应用运行时的内存数据,但存储子系统仍然暴露在恶意云提供商等不受信任的I/O栈之下。即使使用磁盘加密,攻击者仍可对磁盘状态进行回滚、重放、分支或篡改,从而破坏有状态应用所依赖的数据完整性与新鲜性保证。现有方案要么假设存储可信,要么开销过高,要么需要应用层介入完整性逻辑。为此,作者提出 ShieldFS——一个符合 POSIX 规范的文件系统,在无需修改应用程序的前提下,为机密计算威胁模型下的持久化存储提供端到端的完整性和新鲜性保证。ShieldFS 使用简洁的密码学承诺(succinct cryptographic commitments)来表示允许的文件系统状态,这些承诺保存在 TEE 内部,并复制到一个轻量级可信注册表中。磁盘上的数据结构(包括预写日志和存储池)通过哈希链和嵌入式 Merkle 树进行认证。ShieldFS 利用事务和写时复制(copy-on-write)来原子性地更新持久化文件系统状态和承诺。在读取时验证承诺,即使整个 I/O 栈不可信,也能检测到回滚、重放和双面(equivocation)攻击。作者通过扩展 ZFS 实现了该设计,得到 ShieldZFS。标准文件系统基准测试和真实工作负载评估表明,ShieldZFS 在提供强完整性/新鲜性保证的同时,其性能可与最先进的文件系统相媲美。本文是机密计算存储安全方向的重要研究,适合系统安全、存储系统、可信执行环境相关领域的研究人员和工程师阅读。

💡 推荐理由: 机密计算常被认为能保护数据,但存储侧的完整性/新鲜性缺口长期被忽视。ShieldFS 提供了一种无需改动应用的端到端保护方案,对依赖持久化状态的应用(如数据库、分布式系统)在云端 TEE 下的安全落地有直接参考价值。

🎯 建议动作: 研究跟进

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